Continuous Covalent Organic Framework Membranes with Ordered Nanochannels as Tunable Transport Layers for Fast Butanol/Water Separation

膜 共价键 丁醇 共价有机骨架 化学工程 材料科学 单体 纳米技术 聚乙烯醇 化学 高分子化学 聚合物 有机化学 复合材料 生物化学 工程类 乙醇
作者
Hukang Guo,Yijie Fang,Jiaqi Li,Weilin Feng,Chuanjie Fang,Liping Zhu
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (37): 11438-11445 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c02458
摘要

Polymeric membranes with high permselective performance are desirable for energy-saving bioalcohol separations. However, it remains challenging to design membrane microstructures with low-resistance channels and a thin thickness for fast alcohol transport. Herein, we demonstrate highly crystalline covalent organic framework (COF) membranes with ordered nanochannels as tunable transport layers for efficient butanol/water separation. The thickness was well-regulated by altering the concentration and molar ratio of two aldehyde monomers with different reactivity. The surface-integrated poly(dimethylsiloxane) produced defect-free and hydrophobic COF membranes. The membrane with continuous transport channels exhibited an exceptional flux of up to 18.8 kg m –2 h –1 and a pervaporation separation index of 217.7 kg m –2 h –1 for separating 5 wt % n -butanol/water. The separation efficiency exceeded that of analogous membranes. The calculated mass-transfer coefficient of butanol followed an inverse relationship with the COF membrane thickness. Consequently, this work reveals the great potential of crystalline polymeric membranes with high-density nanopores for biofuel recovery.
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